选修三专题二《细胞工程》第一节《植物细胞工程》

选修三专题二《细胞工程》

第一节《植物细胞工程》

1、细胞工程的基础知识：

（1）细胞工程的操作水平：细胞水平或细胞器水平。

（2）细胞工程的目的：按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

（3）细胞工程的分类：分为植物细胞工程和动物细胞工程。

2、植物细胞工程常用的技术有：植物组织培养和植物体细胞杂交，其中植物组织培养技术 是植物细胞工程的技术基础。

一、植物组织培养技术：

1、植物组织培养的原理：利用植物细胞的全能性。（全能性是指具有某种生物全部遗传信息的 任何一个细胞，都具有发育成完整个体的潜能。

2、植物组织培养的概念：植物组织培养就是在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物组织、 器官、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、 丛芽，最终形成完整的植株。

3、过程： 离体的器官、组织、细胞 愈伤组织 胚状体 植株

（1）什么是脱分化：指已经分化的的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未

分化细胞的过程。这些未分化的细胞就是愈伤组织。

（2）愈伤组织的特点：是一团无定形状态的有旺盛分裂能力的薄壁细胞。

（3）脱分化、再分化需要的激素、营养物质都不相同。

（4）生物的体细胞在个体内的时候，不表达全能性，而是形成了不同的组织和器官。其根本原

因是基因的选择性表达。

（5）植物细胞表达全能性的条件有哪些？

离体、无菌、适宜的营养和激素、适宜的温度和PH 、避光、固体培养基等。

二、植物体细胞杂交技术：

1、植物体细胞杂交的概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂 种细胞培养成新的杂种植株的技术。

再分化 脱分化

2、植物体细胞杂交的过程：

第一步：去除细胞壁：方法是酶解法。先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。

第二步：诱导原生质体的融合：形成杂种细胞。

（1）人工诱导原生质体融合的方法主要有两类：物理法和化学法。物理法主要包括离心、振动、电激等，化学法一般是用聚乙二醇（英文简写为PEG）作为诱导剂。

（2）融合成功的标志：杂种细胞再生出新的细胞壁。

第三步：将杂种细胞培养成杂种植株：方法是植物组织培养（包括脱分化和再分化两个过程）。

3、杂种植株的遗传物质：两种生物遗传物质之和。若两个二倍体细胞杂交，可得四倍体。

4、意义（优点）：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性（即：打破生殖隔离）。

不足是：无法按人们的意愿表达出人类所需的性状。

三、植物细胞工程的应用：

主要用于：植物繁殖的新途径、作物新品种的培育、细胞产物的工厂化生产。

1、植物繁殖的新途径包括：微型繁殖、作物脱毒、培育人工种子。

（1）微型繁殖：即：通过植物组织培养技术快速繁殖优良品种的方法。

其优点是：既能保留优良品种的遗传特性，又能快速大量繁殖种苗。

（2）作物脱毒：即：选取茎尖细胞（其他分生区附近的细胞也行），通过植物组织培养获得。

原理：分裂旺盛的细胞，一般不带病毒。

（3）培育人工种子：即：通过植物组织培养得到的胚状体，包裹上人工薄膜后制成。

人工种子与普通种子的区别：人工种子属于无性生殖，能保留母本的优良性状。而普通种子属于有性生殖，能产生更多的变异。

2、作物新品种的培育主要包括：单倍体育种、突变体的利用。

（1）单倍体育种：步骤中的花药离体培养就是植物组织培养技术。

其优点是：明显缩短育种年限。

（2）突变体的利用：即：利用植物组织培养时细胞一直处于分裂状态，诱导其发生突变。3、细胞产物的工厂化生产：即：通过植物组织培养长时间培养某一时期的细胞而大量获得产物。

巩固练习

1．若用 表示植物组织培养过程。请回答：

（1）①表示_________________，被培养成为④的根本原因是___________________________。

（2）②表示___________，其细胞特点是________________ ______________。

（3）若想制作人工种子，应选用___________。（填编号）

（4）若①为花粉，则④是_______ _____，这项技术可用在________ ________上。

（5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜色是__________，说明根尖细胞

________________________________。

（6）在培养过程中，除保证必要的温度、光照和氧气等外界条件外，还必须保证的关键条件是 。

（7）一小块植物组织在一年之内可以生产出400万株幼苗，与有性生殖相比，利用植物组织培养快速繁殖植物的优势主要体现在 和 。

2．右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：

（1）步骤①是____________，最常用的方法是____________。

（2）步骤③一般常用的化学试剂是________，目的是__________。

(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手

段是__________，其中步骤④相当于_______ ______，步骤⑤

相当于__________________。

（4）若远源杂交亲本A 和B 都是二倍体，则杂种植株为______

倍体。

（5）从理论上讲，杂种植株的育性为____________。若运用传统

有性杂交方法能否实现？_____________，原因是_________

____。因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于

_______________。

3. 白藜芦醇是一种天然的抗氧化剂，可降低血液粘稠度，抑制血

小板凝结和血管舒张，保持血液畅通，可预防癌症的发生及发展，

具有抗动脉粥样硬化和冠心病，缺血性心脏病，高血脂的防治作用。抑制肿瘤的作用还具有雌激素样作用，可用于治疗乳腺癌等疾病。下图表示利用植物组织培养的方法生产白藜芦醇的过程。请分析作答：

外植体――→①愈伤组织――→②丛芽或根―→完整植株

(1)植物组织培养是在无菌和人工控制条件下，将________的植物体器官、组织、细胞，在人工配置的培养基上培养成完整植株，利用的原理是______________________________________。

(2)其中①称为____________，①和②过程需要的培养基的激素含量________(填“相同”或“不同”)，培养基根据物理状态属于____________________________。

(3)利用细胞产物工厂化生产技术提取白藜芦醇需要将外植体培养至________，原因是此阶段的

细胞分裂能力强，但白藜芦醇的产量一般较低，可以用______________________处理愈伤组织，再筛选产量提高的细胞进一步培养。将白藜芦醇的________转入水稻、小麦、大豆等重要粮食作物和经济作物中，提高农作物的营养价值和品质。

4、如图为种间植物细胞融合再生植物示意图，请据图回答下列问题：

(1)步骤①是使植物细胞形成________阶段，其关键技术是_____________________________。

(2)步骤②一般要用_________________________________________。

(3)③为__________________过程之后，两者最终融合为一体成为一个新的杂种细胞。

(4)在形成再生植株的过程中，与组织培养相似的步骤是________。

(5)培养的杂种植株在形态上表现为________，其根本原因是____________________________。

(6)亲本A细胞与亲本B细胞两两融合后的细胞有________种，具体为______________。

5、根据下面植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题。

(1)若运用传统有性杂交能否得到杂种植株？为什么？________________________________。

(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，用的技术手段是，依据的原理是_ ____。

(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于_____倍体植株，已知番茄细胞中含4X条染色体，马铃薯细胞中含有2Y条染色体，则杂种植株叶肉中染色体数为_______。

(4)随“神六”太空旅行的种苗中，最受关注的是柴油树试管苗。柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术，将柴油树细胞培养进行到________过程即可(填字母编号)。

(5)若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，该过程相

当于____ ____(填字母编号)。

(6)人工种子又称合成种子或种子类似物，它是20世纪生物技术在农业上的应用之一。由发育到________过程(填字母编号)的结构包裹上_____ ___可制备人工种子。

(7)该项技术的意义是________________________________。

6、甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题：

（1）为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成组织，然后经过形成完整的杂种植株。这种培育技术称为。

（2）上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指。

假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是。

（3）这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。

7、马铃薯是种植广泛的农作物，病毒侵染后导致产量大幅下降，培育脱毒和抗毒的马铃薯品种是提高产量的有效方法。请分析并回答。

(1)马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒，因此可将马铃薯茎尖接种在培养基中，培养基中添加生长素和细胞分裂素，诱导离体细胞经过_______________和_____________完成组织培养过程，从而形成脱毒苗。此过程说明植物细胞具有________________。

(2)为获得抗病毒的马铃薯植株，往往采用转基因技术，将病毒复制酶基因转移到马铃薯体内。其过程大致如下图所示。

①上述过程中，将目的基因导入马铃薯细胞使用了______________法。导入农杆菌时，首先要构建基因表达载体，这里需要的工具酶有_______________和_____________，还要用________处理土壤农杆菌，使之转变为感受态，然后将它们在缓冲液中混合培养以完成转化过程。目的基因导入马铃薯细胞后，是否可以稳定维持和表达，要通过检测与鉴定，马铃薯的DNA上是否插入了目的基因的检测方法是_______________________________,目的基因是否转录出了mRNA的检测方法是_______________________，目的基因是否翻译成蛋白质的检测方法是__________________________；通过做抗病毒接种实验，可以检测马铃薯是否具有抗病毒的特性，属于________水平的检测。

②该转基因马铃薯产生的配子中____________(填“一定”或“不一定”)含有目的基因。